从入门到进阶，多案例解析丨LAMMPS分子动力学技术与应用专题
背 景
特 色
1、本次课程共5天，采用线上实训、Step by step的教学方式、课前提供预习资料及理论回放视频，课后提供无限次全部回放视频、课下班级群指导；以具体LAMMPS案例和科研论文为实例，走通整个模拟流程，讨论如何做出能够发表的结果。
2、基础入门阶段结合实例讲解in文件常用命令，掌握LAMMPS是什么？能干什么？怎么用？进而帮助学员运行并理解跟自己科研方向相近的例子，建立正确的仿真思路，并以五个方向专题分别讲授石墨烯、金属材料建模及力学分析；纳米流体模拟及流动性质分析；热传导及导热系数模拟计算；多成分体系（金属、合金、高熵合金）的摩擦模拟以及材料切削模拟；离子辐照对石墨烯、金属、碳化硅的离位损伤模拟。3、高级进阶阶段为文献复现专题和高级反应力场应用专题，分别讲授自建分子力场文件及MOFs材料建模分析；分子筛纳米膜分离H2/CO2混合气体模拟分析；利用ReaxFF模拟碳氢化合物的燃烧及氧化过程；利用ReaxFF模拟化学机械抛光施压过程和拉伸过程。4、整个课程通过多个专题方向案例的应用讲解，帮助学员掌握 LAMMPS软件操作技巧以及在材料化学及物理学科领域中的应用仿真思路，有助于理解自己科研方向,更好的解释和分析物理化学实验过程。部分课程图片
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大 纲
课 程 | 内 容 |
赠送视频内容 MD基础知识 | 分子动力学模拟入门理论——掌握LAMMPS的in文件中实现这些功能的命令 系综理论、主要算法介绍、单位制 积分步长的选取、温度和压力控制、 周期性边界条件 力场简介 分子动力学模拟流程 |
第一天 上午 LAMMPS基础入门 | 1 LAMMPS的基础入门——初识LAMMPS是什么？能干什么？怎么用？ 1.1 LAMMPS在win10和ubuntu系统的安装及使用 1.2 in文件结构格式 1.3 in文件基本语法：结合实例，讲解in文件常用命令 1.4 data文件格式 1.5 LAMMPS常见错误解决途径 实例操作： 运行并理解跟自己科研方向相近的例子。 |
第一天 下午 LAMMPS进阶 （石墨烯、金属材料模拟专题） | 2 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率 实例操作： 2.1 把剪切模型转换成拉伸模型 2.2 lattice命令石墨烯、金属、合金、高熵合金不同形状模型 2.3 石墨烯(不同力场)、金属、合金、高熵合金等拉伸剪切力学性质模拟 |
第二天 上午 LAMMPS进阶 （纳米流体模拟专题） | 3 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率 实例操作： 3.1 把二维couette和poiseuille流动扩展成三维模型 3.2 建立三维管道内的poiseuille流动 3.3 进行石墨烯通道内的Couette流动和Poiseuille流动模拟 3.4 调节通道表面电荷性质、亲疏水性质，分析其对流动性质的影响 3.5 学习使用packmol，建立复杂混合溶液体系模型 3.6 模拟KCl等盐溶液的纳米流体流动 |
第二天 下午 LAMMPS进阶 （热传导模拟专题） | 4 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率 实例操作： 4.1 理解导热系数意义 4.2 掌握lammps计算导热系数的几种方法 4.3 碳纳米管等导热系数的模拟计算 |
第三天 上午 LAMMPS进阶 （多成分体系模拟专题） | 5 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率 实例操作： 5.1 金属、合金、高熵合金的摩擦模拟 5.2 材料切削模拟 5.3 夹层结构(graphene/C60/graphene)在不同粗糙度条件下的摩擦模拟复现 |
第三天 下午 LAMMPS进阶 （金属、半导体材料的辐照模拟） | 6 离子辐照对石墨烯、金属、碳化硅的离位损伤模拟 6.1 建立模拟体系的初始模型 6.2 PKA动能、位移随时间变化 6.3 点缺陷结构可视化 6.4 点缺陷的数量随时间变化 6.5 点缺陷的空间分布及演化过程 |
备选内容，根据课堂进度和学员情况决定 | VMD、OVITO、msi2lmp等有机小分子建模，模型合并及模拟的轨迹文件处理等 |
第四天 上午 自建分子力场参数文件和金属有机框架材料晶体模型 | 7 LAMMPS分子力场文件创建及MOFs材料建模 7.1 介绍固体材料单晶包试验数据结构，掌握基本的材料几何特征 7.2 利用MS软件构建MOFs材料单晶包模型和H2和CO2分子模型 7.3 讲解分子作用势能函数，学习编写MS软件中的力场参数文件（off文件） 7.4 简单介绍巨正则系综Monte Carlo方法 7.5 利用Sorption模块将H2和CO2分子插入到MOFs材料 7.6 编写LAMMPS力场文件（frc文件），并通过lammps程序生成data文件 7.7 运行能量最小化及体系的预松弛 7.8 模拟步骤：包括能量最小化NVT平衡，对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。 实例操作：金属有机框架（MOFs）储氢和碳捕集模拟，计算密度分布，分子的MSD等性质。 |
第四天 下午 分子筛纳米膜分离H2/CO2混合气体模拟 | 8 研究H2/CO2在ZIF-7膜材料中分离性能——模拟文献Science 346 (6215), 1356-1359的分离过程 8.1 利用MS软件构建ZIF-7膜材料单晶包 8.2 设计H2/CO2与ZIF-7体系模型，再现文献“Science 346 (6215), 1356-1359”的实验过程。 8.3 自定义分子力场文件（frc文件），通过lammps程序生成data文件 8.4 运行能量最小化及体系的预松弛 8.5 模拟步骤：包括能量最小化NVT平衡，对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。 8.6 采用VMD查看动态轨迹 8.7 数据分析，计算RDF，MSD，密度分布，选择性等 实例操作：VMD中查看可视化的动态轨迹，计算密度分布，分子的MSD等，抽取轨迹的动能、势能、总能量等相关数据，对轨迹进行初步分析。 |
第五天上午 ReaxFF进阶 （碳氢化合物的燃烧） | 9 利用ReaxFF模块研究碳氢化合物的燃烧 9.1 ReaxFF反应力场概述 9.2 碳氢化合物和氧气分子体系的构建 9.3 能量最小化及常温弛豫 9.4 升温模拟 9.5 高温下氧化过程的模拟 9.6 轨迹分析及产物物种分析与可视化 实例操作：碳氢化合物燃烧中升温模拟和高温下氧化过程模拟 |
第五天下午 ReaxFF进阶 （化学机械抛光） | 10 利用ReaxFF模块研究化学机械抛光 10.1 利用 LAMMPS进行复杂体系的建模 10.2 能量最小化及预弛豫 10.3 施压过程模拟 10.4 拉伸过程模拟 10.5 采用 OVITO查看动态轨迹以及数据分析等 实例操作：化学机械抛光施压过程模拟和拉伸过程模拟 |
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